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JP2002335700A - 誘導電動機のベクトル制御方法とベクトル制御装置 - Google Patents

誘導電動機のベクトル制御方法とベクトル制御装置

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JP2002335700A
JP2002335700A JP2001140257A JP2001140257A JP2002335700A JP 2002335700 A JP2002335700 A JP 2002335700A JP 2001140257 A JP2001140257 A JP 2001140257A JP 2001140257 A JP2001140257 A JP 2001140257A JP 2002335700 A JP2002335700 A JP 2002335700A
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JP
Japan
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induction motor
value
rotation direction
magnetic flux
speed
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JP2001140257A
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Tatsuya Yamada
達也 山田
Yuji Tetsuya
裕司 鉄谷
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】誤動作により回転方向指令値とは異なる回転方
向に動作するのを防止することにある。 【解決手段】パルスエンコーダ１６から得られる回転方
向検出信号と別途に設定する回転方向指令信号とを制限
動作判別器４１へ入力させていて、両入力が不一致のと
きに制限動作判別器４１が出力する不一致信号は、速度
演算値制限器４２がローター周波数演算器２０へ与えて
いる速度検出値ωr を零にする。前回値保持器４４と切
換え器４５で構成している電気角制限器４３は、積分器
１５から第２座標変換器１０と第１座標変換器１１に与
えている電気角Γ2 演算値も、前記の不一致信号に対応
して前回値保持器４４が保持している前回値に切り換わ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ベクトル制御で
運転中の誘導電動機の回転方向検出値の異常に対処でき
る誘導電動機のベクトル制御方法とベクトル制御装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図３はベクトル制御により誘導電動機の
トルクと回転速度を制御する従来例を示したブロック回
路図である。図３の従来例回路において、交流電源１２
からの交流電力はインバータ１３により所定の電圧と周
波数の交流電力に変換され、誘導電動機１７を所望のト
ルクで運転し、負荷１８を駆動する。この誘導電動機１
７の回転速度と回転方向は、これに結合されたパルスエ
ンコーダ１６が出力する信号を速度演算器１９において
演算処理することにより得られる。
【０００３】速度設定器１は誘導電動機１７が運転すべ
き速度設定値ωr # を設定する。速度指令演算回路２
は、予め定められた加速度に従って変化しながら最終的
にはこれに入力する速度設定値ωr # に一致する速度指
令値ωr * を出力する。速度調節器３は、この速度指令
値ωr * と速度演算器１９が出力する速度検出値ωr と
の偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差を零にす
るトルク指令値τ* を出力する。一方、磁束指令値演算
回路４は前述した速度検出値ωr から二次磁束指令値φ
2 * を演算する。
【０００４】Ｍ軸電流指令値演算器７は二次磁束指令値
φ2 * を入力し、下記の数式１に示す演算により、モー
タ一次電流の二次磁束に平行な電流成分の指令値である
Ｍ軸電流指令値ＩM * を得る。但しＬm は誘導電動機１
７の励磁インダクタンスである。
【０００５】
【数１】ＩM * ＝（１／Ｌm ）・φ2 * また除算器５は、トルク指令値τ* と二次磁束指令値φ
2 * から下記の数式２に従って、二次磁束に垂直な電流
成分の指令値であるＴ軸電流指令値ＩT * を演算する。
【０００６】
【数２】ＩT * ＝τ* ／φ2 * 第１座標変換器１１は電流検出器１４で検出された各相
電流ＩU ，ＩV ，ＩWを、一次電流の二次磁束に平行な
電流成分であるＭ軸電流検出値ＩM と、二次磁束に垂直
な電流成分であるＴ軸電流検出値ＩT に変換するもので
あって、Ｕ相巻線とモータ二次磁束とがなす電気角をΓ
2 とすると、下記の数式３と数式４により変換がなされ
る。
【０００７】
【数３】ＩT ＝ＩU ・ cosΓ2 ＋ＩV ・ cos（Γ2 −２
π／３）＋ＩW ・ cos（Γ2 ＋２π／３）
【０００８】
【数４】ＩM ＝ＩU ・ sinΓ2 ＋ＩV ・ sin（Γ2 −２
π／３）＋ＩW ・ sin（Γ2 ＋２π／３） Ｔ軸電流調節器８はＴ軸電流指令値ＩT * とＴ軸電流検
出値ＩT との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏
差を零にするＴ軸電圧指令値ＶT * を出力する。またＭ
軸電流調節器９はＭ軸電流指令値ＩM * とＭ軸電流検出
値ＩM との偏差を入力し、調節動作によりその入力偏差
を零にするＭ軸電圧指令値ＶM * を出力する。
【０００９】第２座標変換器１０はＴ軸電圧指令値ＶT
* とＭ軸電圧指令値ＶM * を入力し、三相電圧指令値Ｖ
U * ，ＶV * ，ＶW * を出力するもので、Ｕ相巻線とモ
ータ二次磁束とのなす電気角がΓ2 であるときに、下記
の数式５，数式６，数式７による変換を行う。
【００１０】
【数５】 ＶU * ＝ＶM * ・ cosΓ2 ＋ＶT * ・ sinΓ2
【００１１】
【数６】ＶV * ＝ＶM * ・ cos（Γ2 −２π／３）＋Ｖ
T * ・ sin（Γ2 −２π／３）
【００１２】
【数７】ＶW * ＝ＶM * ・ cos（Γ2 ＋２π／３）＋Ｖ
T * ・ sin（Γ2 ＋２π／３） 三相電圧指令値ＶU * ，ＶV * ，ＶW * はインバータ１
３により所定の電圧と周波数の交流点力に変換されて誘
導電動機１７に供給される。
【００１３】滑り周波数演算器６は、下記の数式８の演
算を行って滑り周波数ωslを演算する。但しＲ2 はモー
タ二次時定数である。
【００１４】
【数８】ωsl＝Ｒ2 ・ＩT * ／φ2 * ローター周波数演算器２０は数式９に示す演算を行い、
誘導電動機１７の速度検出値ωr をモータロータ周波数
ω2 に換算する。但しＰはモータポール数である。
【００１５】
【数９】ω2 ＝ωr ・Ｐ／１２０ 数式９で演算されたモータロータ周波数ω2 と、数式８
で得られる滑り周波数ωslとを加算し、積分器１５で積
分することにより、Ｕ相巻線とモータ二次磁束とがなす
電気角Γ2 を求めることができる。
【００１６】なお、磁束指令値演算回路４は速度検出値
ωr が誘導電動機１７の基底回転速度未満では１００％
の二次磁束指令値φ2 * を出力し、基底回転速度以上で
は回転速度に反比例して二次磁束指令値φ2 * を低減さ
せる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】ところでパルスエンコ
ーダ１６は、これが発生するＡパルスとＢパルスのいず
れが先に出力するかで誘導電動機１７の回転方向を判断
している。ここで例えば誘導電動機１７が極めて遅い回
転速度で運転中にノイズが重畳することがあれば、あた
かも誘導電動機１７の回転方向が反転したような信号を
出力することになる。その結果、誘導電動機１７は逆転
していないにもかかわらず、回転方向指令値と回転方向
検出値とが不一致になり、この不一致を修正するべく誘
導電動機１７の回転方向を反転させようとする。誘導電
動機１７に結合している負荷１８が例えば印刷機械の場
合は、逆転により当該印刷機械が破損するような大事故
を生じる恐れがある。
【００１８】そこでこの発明の目的は、誤動作により回
転方向指令値とは異なる回転方向に動作するのを防止す
ることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明の誘導電動機のベクトル制御方法とベク
トル制御装置は、該誘導電動機の一次電流を二次磁束に
平行な電流成分と垂直な電流成分とに分離し、それぞれ
の電流成分をそれぞれの電流指令値に一致させること
で、当該誘導電動機のトルクと回転速度を制御する誘導
電動機のベクトル制御方法において、前記誘導電動機の
回転速度検出値から得られる回転方向検出信号が別途の
回転方向指令信号と不一致のときに、巻線とモータ二次
磁束とがなす角度を演算する際に使用する前記回転速度
検出値を零に制限すると共に、この制限処理を行う直前
の角度演算値を使用するものとする。
【００２０】または、回転速度演算器から得られる回転
方向検出信号と別途の回転方向指令信号とを入力して、
これら両入力が不一致のときに不一致信号を出力する制
限動作判断器と、この制限動作判断器が不一致信号を出
力したときに前記回転速度演算器が出力する速度演算値
を零に制限する速度演算値制限器と、前記不一致信号で
前記積分器が演算する電気角を前回値に保持する電気角
制限器とを備えるものとする。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例を表し
たフローチャートである。図１のフローチャートにおい
て、誘導電動機の回転方向検出値が別途に定めている回
転方向指令値と不一致であるか否かを判定（判断２２）
し、一致しているならば速度検出値ω r が選択（処理３
１）され、論理和２５を経てこの速度検出値ωr をモー
タロータ周波数ω2 に換算（処理３３）した後、これと
滑り周波数ωslとを加算（処理３４）後に積分（処理３
５）する。ここで誘導電動機の回転方向検出値が別途に
定めている回転方向指令値とが一致しているならば（判
断２３）今回積分値が選択（処理３６）され、論理和２
６を経て積分結果である角度が座標変換の演算（処理３
８）に使用される。
【００２２】誘導電動機の回転方向検出値が別途に定め
ている回転方向指令値とが不一致であると判定（判断２
２）されれば速度検出値ωr の代わりに零が選択（処理
３２）され、更に判断２３により前回積分値が選択（処
理３７）されるから、ノイズ等により異常な回転方向検
出値が表れても、誘導電動機の回転方向は反転せずに、
そのまま運転を続けることができる。
【００２３】図２は本発明の第２実施例を表したブロッ
ク回路図であるが、この第２実施例回路は、図３で既述
の従来例回路に制限動作判別器４１，速度演算値制限器
４２および電気角制限器４３を付加した構成であるか
ら、付加した部分のみを説明することとし、残余の部分
の説明は省略する。図２の第２実施例回路において、制
限動作判別器４１はパルスエンコーダ１６から得られる
回転方向検出値と速度指令演算回路２から得られる回転
方向指令値とを常時比較していて、両者の回転方向が一
致しているときの制限動作判別器４１の出力は零である
が、前述した異常現象のために回転方向が不一致になる
と、制限動作判別器４１は速度演算値制限器４２と電気
角制限器４３とに切換え動作を指令する。
【００２４】正常時には速度演算器１９からの速度検出
値ωr がそのままローター周波数演算器２０へ入力して
いるのが、切換え指令により、ローター周波数演算器２
０へは零が入力されることになる。一方、電気角制限器
４３は前回値保持器４４と切換え器４５とで構成されて
いて、制限動作判別器４１からの切換え指令に対応し
て、第２座標変換器１０と第１座標変換器１１へ与える
電気角Γ2 の値を、積分器１５の演算値から前回値保持
器４４の値に切り換える。
【００２５】
【発明の効果】従来のベクトル制御装置では、誘導電動
機が負荷を極めて遅い回転速度で駆動しているときに、
ノイズ等が原因で、あたかも誘導電動機の回転方向が反
転したような信号をパルスエンコーダが出力することが
ある。この偽りの回転方向逆転信号を受けて誘導電動機
を逆転させると、場合によっては負荷機械が破損してし
まうような大事故を発生する恐れがあった。これに対し
て本発明では、回転方向の検出値と指令値とが不一致に
なったことを検出すれば、電気角Γ2 の演算値を前回値
にホールドするようにしているので、誘導電動機が突然
回転方向を反転させて負荷機械を損傷させるよな不具合
を回避できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表したフローチャート
【図２】本発明の第２実施例を表したブロック回路図
【図３】ベクトル制御により誘導電動機のトルクと回転
速度を制御する従来例を示したブロック回路図
【符号の説明】
２ 速度指令演算回路 ３ 速度調節器 ４ 磁束指令値演算回路 ５ 除算器 ６ 滑り周波数演算器 ７ Ｍ軸電流指令値演算器 １０ 第２座標変換器 １１ 第１座標変換器 １４ 電流検出器 １５ 積分器 １６ パルスエンコーダ １９ 速度演算器 ２０ ローター周波数演算器 ４１ 制限動作判別器 ４２ 速度演算値制限器 ４３ 電気角制限器 ４４ 前回値保持器 ４５ 切換え器 ω2 モータロータ周波数 ωr 速度検出値 ωr * 速度指令値 ωsl 滑り周波数 Γ2 電気角 φ2 * 二次磁束指令値
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H576 BB06 CC05 DD02 DD04 EE01 EE10 FF07 GG02 GG04 HB02 JJ03 KK02 LL07 LL22 LL37 MM17

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】誘導電動機の回転速度検出値からその二次
    磁束と巻線との電気角を演算し、該誘導電動機の一次電
    流をこの電気角を使って座標変換して二次磁束に平行な
    電流成分と垂直な電流成分とに分離し、これら各電流成
    分をそれぞれの電流指令値に一致させた後に、これらを
    前記電気角を使って座標変換して元の交流量に変換し、
    当該誘導電動機のトルクと回転速度を制御する誘導電動
    機のベクトル制御方法において、 前記回転速度検出値から得られる回転方向検出信号が別
    途の回転方向指令信号と不一致のときに、前記電気角を
    演算する際に使用する前記回転速度検出値を零に制限す
    ると共に、この制限処理を行う直前の電気角演算値を使
    用することを特徴とする誘導電動機のベクトル制御方
    法。
  2. 【請求項２】回転速度演算器が出力する誘導電動機の速
    度演算値と別途に得られる滑り周波数とを加算する加算
    器と、この加算結果を積分して二次磁束と巻線との電気
    角を演算する積分器と、前記誘導電動機の一次電流をこ
    の電気角を使って二次磁束に平行な電流成分と垂直な電
    流成分とに分離する第１座標変換器と、これら両電流成
    分をそれぞれの電流指令値に一致させる別個の電流調節
    器と、これら両電流調節器が出力する電圧指令値を前記
    電気角を使って各相電圧指令値に変換する第２座標変換
    器とを備え、当該誘導電動機のトルクと回転速度を制御
    する誘導電動機のベクトル制御装置において、 前記回転速度演算器から得られる回転方向検出信号と別
    途の回転方向指令信号とを入力して、これら両入力が不
    一致のときに不一致信号を出力する制限動作判断器と、
    この制限動作判断器が不一致信号を出力したときに前記
    回転速度演算器が出力する速度演算値を零に制限する速
    度演算値制限器と、前記不一致信号で前記積分器が演算
    する電気角を前回値に保持する電気角制限器とを備える
    ことを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。
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